Maquinaria Tuneladora
Tunnel Boring Machine (TBM): Utilizadas para excavaciones en roca de dureza baja, media o alta, logran excavar el frente de roca a plena sección mediante la acción combinada de la rotación y el empuje continuado de una cabeza provista de herramientas de corte distribuidas en su superficie frontal. En Chile, se ha utilizado esta tecnología en mina Los Bronces para la construcción del Túnel Sur, un pasadizo de 8.125 m de longitud. En esa oportunidad, se trabajó con una TBM de 4,5 m de diámetro y 90 m de longitud. Dentro de sus “ventajas” se cuenta con una mayor seguridad, en el sentido que con su uso se evitaban aproximadamente 3.500 tronaduras con explosivos, lo que a su vez redundaba en no tener que transportarlos ni manipularlos, también se evita la presencia de gases producto de los explosivos y las detonaciones, mejorando la ventilación en el interior. También se uso una TBM en el túnel de aducción de la Central Chacayes, de Pacific Hydro/SN Power.
Tuneladora T.B.M.
Una tuneladora, T.B.M. (del inglés Tunnel Boring Machine) o minador a sección completa es una máquina capaz de excavar túneles a sección completa, a la vez que colabora en la colocación de la Entibación/Fortificación para la sustentación del túnel si esta es necesaria, ya sea en forma provisional o definitiva.
Excavación y Avance
La excavación se realiza normalmente mediante una cabeza giratoria equipada con elementos de corte y accionada por motores hidráulicos (alimentados a su vez por motores eléctricos, dado que la alimentación general de la máquina se realiza con energía eléctrica).
Equipo de Rezaga
Detrás de los equipos de excavación y avance se sitúa el denominado ‘equipo de rezaga’ de la tuneladora (o en denominación inglesa back up), constituido por una serie de plataformas arrastradas por la propia máquina y que, a menudo, ruedan sobre rieles que la misma tuneladora coloca, donde se alojan todos los equipos transformadores, de ventilación, depósitos de mortero y el sistema de evacuación del material excavado.
Rendimientos y Consideraciones
Los rendimientos conseguidos con tuneladoras de cabeza giratoria son elevadísimos si se comparan con otros métodos de excavación de túneles, pero su uso no es rentable hasta una longitud mínima de túnel a excavar: hace falta amortizar el precio de la máquina y calcular el tiempo que se tarda en diseñarla, fabricarla, transportarla y montarla (que puede llegar a los dos años). Además, los túneles a excavar con tuneladora tienen que tener radios de curvatura elevados porque las máquinas no pueden hacer curvas cerradas, y la sección tiene que ser circular en túneles excavados con cabeza giratoria.
Proceso de Excavación
La TBM excava a través de la generación de círculos concéntricos en el frente del túnel, producidos por la penetración en la roca de los 28 cortadores de la cabeza de corte, la que a su vez es empujada por 8 cilindros de empuje principales (hidráulicos) generando contra el frente un empuje total de 8.700 kN (kilo newton, unidad de fuerza). lateralmente al túnel ya excavado, a través de dos zapatas o “Grippers”. La penetración de los cortadores va generando “surcos” en la roca, cada vez más profundos, a medida que impulsan los cilindros de empuje principal, hasta que se genera la rotura de la roca entre dos “surcos” consecutivos, desprendiendo una lámina de roca llamada “chip”
Mantenimiento y Operación
Cada cortador tiene potencia para cortar 5 toneladas. La revisión y mantención de estas piezas se ejecuta todos los días. Con 2 cm de desgaste se deben reemplazar, en cambio, los cortadores centrales se pueden desgastar un poco más, ya que los importantes son los periféricos, puesto que son los que dan el diámetro de la excavación. Si estos están desgastados no abarcarán el espacio que la máquina necesita para avanzar. Los detritus o chips generados, son capturados por 4 tolvas, que tiene la cabeza de corte cuando gira en sentido de los punteros del reloj, y son vaciados en un buzón que los traspasa a la cinta transportadora de la tuneladora.
Operación y Desplazamiento
El material que circula en la cinta TBM, es traspasado a otra cinta transportadora, anclada al túnel ya terminado, encargada de sacar el material hasta la superficie, donde es almacenado en un acopio a la salida del portal.
Cada ciclo de excavación es de 1,40 m, por lo que una vez terminado, se recogen los gripes y cilindros de empuje principales, quedando listos para iniciar un nuevo ciclo de excavación. A esta operación se le conoce como “Regripping” y es durante ésta cuando el sector 2 avanza los 1,40 m excavados. Lo anterior se explica porque, por diseño, la TBM puede instalar la fortificación, pernos y malla, en paralelo con la excavación, con lo que se gana tiempo en el ciclo global, y la fortificación se hace precisamente en el sector 2. Para su desplazamiento, la tuneladora se soporta según el sector que se trate. Avance promedio 22m por día.